01.06.2019
219.017.71d8

Способ классификации морских объектов в типовой шумопеленгаторной станции

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002689968
Дата охранного документа
29.05.2019
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для классификации морских объектов, обнаруженных по их шумовому полю. Способ применим для типовой шумопеленгаторной станции, осуществляющей прием шумового сигнала объекта гидроакустической антенной, определение направления на объект в горизонтальной плоскости, автоматическое сопровождение объекта по направлению, определение угловой скорости объекта, определение мощности принятого сигнала. При реализации способа формируют классификационную характеристику как отношение мощности принятого сигнала к угловой скорости объекта, формируют порог для классификации в текущих гидролого-акустических условиях, принимают решение о классе цели на основании сравнения классификационной характеристики с порогом. Техническим результатом изобретения является возможность классификации объектов на основании параметров, измеряемых типовой шумопеленгаторной станцией, в двумерном признаковом пространстве «шумность»-«скорость». При этом увеличивается эффективность классификации. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для классификации морских объектов, обнаруженных по их шумовому полю.

Известны способы, позволяющие распознавать морские объекты по уровню их подводного шумоизлучения на классы малошумных и сильношумящих [1, 2]. Однако эффективность классификации этими способами является низкой в связи с тем, что анализ шумности объекта производится без учета скорости его движения. Как известно [3], шумность объекта зависит от скорости его движения. Для потенциально малошумных объектов может наблюдаться более высокая шумность при условии их движения со скоростью, близкой к предельной. И наоборот, для потенциально сильношумящих объектов может наблюдаться относительно низкая шумность при их движении с малой скоростью. В способах [1, 2] определение скорости объекта не производится. Известен способ определения скорости шумящего объекта [4], основанный на анализе совокупности направлений на объект, определяемых при движении наблюдателя. Скорость объекта может быть определена этим способом только после нескольких маневров наблюдателя курсом или скоростью, для чего требуется длительное время. Совместное использование одного из способов, в которых определяется шумность объекта, [1, 2] и способа определения скорости объекта [4] теоретически может повысить вероятность правильной классификации. Однако, при этом многократно увеличится время принятия решения о классе. Эффективность классификации по совокупности критериев останется низкой.

Наиболее близким аналогом по выполняемым процедурам к предлагаемому изобретению является способ обработки информации в типовой шумопеленгаторной станции [5], который принят за прототип.

В способе-прототипе выполняются следующие операции:

принимают шумовой сигнал объекта гидроакустической антенной,

определяют направление на объект в горизонтальной плоскости и осуществляют автоматическое сопровождение объекта по направлению,

определяют угловую скорость объекта,

определяют мощность принятого сигнала,

осуществляют прослушивание сигнала.

В указанном способе отсутствует процедура объективной классификации обнаруженных объектов. Классификация осуществляется оператором на слух по уровню мощности сигнала, по скорости изменения направления на сигнал и по характерным особенностям сигнала.

Задачей заявляемого способа является обеспечение объективного разделения обнаруженных морских объектов на классы малошумных и сильношумящих без увеличения состава измеряемых параметров сигнала в типовой шумопеленгаторной станции.

Для решения поставленной задачи в способ классификации морских объектов в типовой шумопеленгаторной станции, по которому принимают шумовой сигнал объекта гидроакустической антенной, определяют направление на объект в горизонтальной плоскости и осуществляют автоматическое сопровождение объекта по направлению, определяют угловую скорость объекта, определяют мощность принятого сигнала и производят классификацию обнаруженного объекта

введены новые признаки, а именно:

формируют классификационную характеристику как отношение мощности принятого сигнала к угловой скорости объекта,

формируют порог для классификации в текущих гидролого-акустических условиях,

принимают решение о классе объекта на основании сравнения классификационной характеристики с порогом.

Техническим результатом изобретения является возможность классификации морских объектов в двумерном признаковом пространстве «шумность»-«скорость» на основании параметров, измеряемых типовой шумопеленгаторной станцией. При этом увеличивается эффективность классификации относительно способов-аналогов.

Покажем возможность достижения указанного технического результата предложенным способом.

Известно [3], что шумность любого морского объекта зависит от скорости его движения. Законы изменения шумности в зависимости от скорости различны для разных объектов. Однако существует общая тенденция, заключающаяся в том, что при увеличении скорости движения объекта увеличивается его шумность.

Кроме того, все морские объекты условно можно разбить на классы малошумных (γ0) и сильношумящих (γ1), которые в признаковом пространстве «шумность»-«скорость» (P0-V) разделяются прямой линией, тангенс угла наклона которой равен отношению пороговой шумности к текущей скорости движения объекта (фиг. 1).

Тогда, алгоритм разделения объектов на классы малошумных и сильношумящих, обладающий высокой вероятностью правильной классификации, должен состоять в вычислении отношения оценки шумности объекта к оценке скорости объекта и сравнении этого отношения с тангенсом угла наклона линии, разделяющей указанные классы в признаковом пространстве «шумность»-«скорость». Указанный алгоритм может быть записан математически как:

где Р0 - шумность объекта, V - скорость движения объекта, С - порог, определяемый на основании статистического описания классов объектов [3], γ1 - класс сильношумящих объектов, γ0 - класс малошумных объектов.

Реализация такого алгоритма вызывает сложности, поскольку для определения и шумности объекта и скорости движения объекта необходимо решить обратные задачи, когда наблюдаемые мощность принятого сигнала и угловая скорость объекта приводятся к истинным шумности и скорости движения объекта. Для определения шумности объекта необходимо осуществить пересчет мощности принятого сигнала в точку излучения, для чего необходимо знать расстояние до объекта. Для определения скорости движения объекта необходимо длительное наблюдение за объектом. При этом, оценки параметров, получаемые при решении обратных задач, обладают большой погрешностью измерения.

Наше предложение основано на том, что параметры мощность принятого сигнала и угловая скорость объекта связаны линейными зависимостями с параметрами шумность и скорость, соответственно. В обеих зависимостях неизвестным параметром является расстояние, записываемое в знаменателе [6, 7].

Для мощности принятого сигнала можно записать [6]:

где U - мощность принятого сигнала, Р0 - шумность объекта, r - расстояние до объекта, А - коэффициент, характеризующий затухание сигнала при распространении в среде. Необходимо отметить, что коэффициент А слабо зависит от расстояния и может быть определен в текущих гидролого-акустических условиях по известной методике [6].

Для угловой скорости объекта на основании геометрических правил решения треугольника можно записать [7]:

где ω - угловая скорость объекта, Vt - тангенциальная составляющая скорости движения объекта, r - расстояние до объекта. Необходимо отметить, что тангенциальная составляющая скорости объекта является функцией от полной скорости объекта и радиальной составляющей скорости объекта: Vt=F(V,Vr), причем V>>Vr согласно теореме Пифагора. Тогда, пренебрегая радиальной составляющей скорости объекта, получим [7]:

Используя приведенные зависимости, можно осуществить переход от пространства «шумность»-«скорость» к пространству «мощность принятого сигнала»-«угловая скорость объекта»:

Тогда в новом признаковом пространстве «мощность принятого сигнала»-«угловая скорость объекта» алгоритм классификации, известный для признакового пространства «шумность»-«скорость», запишется как:

где U - мощность принятого сигнала, ω - угловая скорость объекта, С - порог, определяемый на основании статистического описания классов объектов [3], А - коэффициент, характеризующий затухание сигнала при распространении в среде, определяемый в текущих гидролого-акустических условиях по известной методике [6].

Следовательно, классификация в признаковом пространстве «мощность принятого сигнала»-«угловая скорость объекта» по критерию вероятности правильной классификации идентична классификации в признаковом пространстве «шумность»-«скорость». При этом, такая классификация обеспечивается за малое время поскольку не требует выполнения длительной процедуры определения скорости объекта. Кроме того, реализация указанной классификации не требует решения обратных задач, что не приводит к увеличению погрешностей используемых классификационных параметров. В результате, увеличивается эффективность классификации по совокупности критериев.

В новом признаковом пространстве алгоритм разделения объектов на классы малошумных и сильношумящих будет состоять в вычислении отношения мощности принятого сигнала к угловой скорости объекта и сравнении этого отношения с порогом.

Таким образом, использование одной классификационной характеристики, определяемой как отношение мощности принятого сигнала к угловой скорости объекта, позволяет эффективно разделять объекты на классы малошумных и сильношумящих в двумерном признаковом пространстве «шумность»-«скорость».

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой приведено статистическое описание классов объектов в двумерном признаковом пространстве «шумность»-«скорость», и фиг. 2, на которой приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство (фиг. 2) содержит последовательно соединенные блоки: антенну 1, блок 2 определения параметров принятого сигнала (Р, U, ω), блок 3 формирования классификационной характеристики и сравнения ее с порогом, блок 4 принятия решения о классе. Второй вход блока 3 соединен с выходом блока 5 формирования порога для классификации.

В динамике работы шумопеленгаторной станции предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Сигнал объекта принимается антенной 1, поступает в блок 2, где выполняются типовые процедуры шумопеленгования [5]: определение направления на объект в горизонтальной плоскости (Р), автоматическое сопровождение объекта по направлению с определением угловой скорости объекта (ω), определение мощности принятого сигнала (U).

Далее выработанные параметры сигнала объекта поступают в блок 3, в котором формируется классификационная характеристика объекта как отношение мощности принятого сигнала к угловой скорости объекта (U/ω). Затем производится сравнение полученной классификационной характеристики с порогом для классификации, который поступает в блок 3 из блока 5. В блоке 4 осуществляется разделение объектов на классы малошумных и сильношумящих. Объект относится к классу малошумных в случае, если классификационная характеристика не превышает порог, и к классу сильношумящих в противном случае.

В блоке 5 формируется порог для классификации (Por) как произведение порога С, известного из [3] для разделения объектов в признаковом пространстве «шумность»-«скорость», и коэффициента А, характеризующего затухание сигнала при распространении в среде и определяемого в текущих гидролого-акустических условиях по методике [6].

Следует отметить, что заявляемый способ не требует от шумопеленгаторной станции определения дополнительных параметров и позволяет разделять объекты в двумерном признаковом пространстве «шумность»-«скорость».

Все изложенное позволяет считать задачу изобретения решенной. Предложен способ объективной гидроакустической классификации морских объектов, который может быть использован в типовой шумопеленгаторной станции для разделения обнаруженных объектов на классы малошумных и сильношумящих. Способ является более эффективным, чем известные аналоги, поскольку анализ шумности объектов производится с учетом скорости их движения.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Зеленкова И.Д., Волкова А.А., Никулин М.Н. Патент РФ №2548400 от 20.03.2014. Способ совместной оценки дистанции до шумящего в море объекта и его шумности. МПК G01S 3/80.

2. Величкин СМ., Миронов Д.Д., Антипов В.А., Зеленкова И.Д., Перельмутер Ю.С. Патент РФ №2156984 от 27.09.2000. Способ получения информации о шумящем в море объекте и способ получения цветовых шкал для него. МПК G01S 3/84.

3. Кобылянский В.В. Разработка алгоритмов классификации шумовых гидроакустических сигналов на основе использования акустико-конструктивных характеристик объектов излучения и моделей среды. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Л.: ЦНИИ «Морфизприбор». 1982.

4. Основы маневрирования кораблей/ Под общ. ред. М.И. Скворцова. М.: Воен. изд-во, 1966. 270 с.

5. Справочник по гидроакустике / А.П. Евтютов, А.Е. Колесников, Е.А. Корепин и др. - 2-е изд., перераб. и доп.- Л.: Судостроение. 1988. 552 с.

6. Евтютов А.П., Митько В.Б. Примеры инженерных расчетов в гидроакустике. - Л.: Судостроение. 1981. 265 с.

7. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Изд-во технико-теоретической литературы. 1956.

Способ классификации морских объектов в типовой шумопеленгаторной станции, в котором принимают шумовой сигнал объекта гидроакустической антенной, определяют направление на объект в горизонтальной плоскости и осуществляют автоматическое сопровождение объекта по направлению, определяют угловую скорость объекта, определяют мощность принятого сигнала и производят классификацию обнаруженного объекта, отличающийся тем, что формируют классификационную характеристику как отношение мощности принятого сигнала к угловой скорости объекта, формируют порог для классификации в текущих гидролого-акустических условиях, а решение о классе объекта принимают на основании сравнения классификационной характеристики с порогом.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 83.
27.12.2015
№216.013.9e8d

Способ обработки сигнала шумоизлучения объекта

Использование: изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано при разработке гидроакустической аппаратуры, предназначенной для обнаружения шумящих объектов. Сущность: способ обработки сигнала шумоизлучения объекта содержит прием временной последовательности сигнала...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572219
Дата охранного документа: 27.12.2015
27.01.2016
№216.014.bc70

Антенная система эхолота для надводного корабля

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для установки на надводных кораблях (НК), преимущественно на ледоколах, в составе эхолотов. Техническим результатом от использования изобретения является сохранение целостности стального корпуса (днища) НК и его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573713
Дата охранного документа: 27.01.2016
20.04.2016
№216.015.34d5

Способ измерения скорости звука

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для определения скорости звука по трассе. Способ заключается в следующем. Неподвижный источник излучает через постоянные промежутки времени Т постоянные по длительности зондирующие сигналы. Сигналы распространяются в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581416
Дата охранного документа: 20.04.2016
27.04.2016
№216.015.3780

Гидроакустический способ определения пространственных характеристик объекта на дне

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения параметров положения объекта, обнаруженного на дне с использованием гидролокатора ближнего действия. Способ содержит излучение зондирующего сигнала в момент времени t, после излучения измеряется...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582623
Дата охранного документа: 27.04.2016
27.04.2016
№216.015.395a

Гидроакустический способ обработки рыбопромысловой информации

Использование: изобретение относится к области морского рыболовного промысла и может повысить эффективность процесса вылова рыбы с использованием гидроакустических средств. Сущность: гидроакустический способ обработки рыбопромысловой информации содержит обнаружение рыбного скопления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582624
Дата охранного документа: 27.04.2016
10.08.2016
№216.015.5383

Гидролокационный способ обнаружения подводных объектов в контролируемой акватории

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для автоматического обнаружения малоподвижных объектов. Гидролокационный способ обнаружения подводных объектов в контролируемой акватории, при котором последовательно облучают водное пространство сигналами, принимают эхосигналы от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593824
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.5587

Способ измерения радиальной скорости объекта по его шумоизлучению

Изобретение относится к области гидроакустики, в частности к способам измерения радиальной скорости движения объекта. Способ заключается в следующем. С помощью антенны принимают сигнал шумоизлучения объекта, осуществляют дискретизацию принятого сигнала и измерение спектра сигнала по набранной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593622
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.565a

Способ цветового кодирования информации гидроакустического шумопеленгования

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для определения расстояния до всех объектов, одновременно наблюдаемых в секторном обзоре шумопеленгования, путем анализа цвета их трасс. Производят прием гидроакустического шумового сигнала многоэлементной антенной, формируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593621
Дата охранного документа: 10.08.2016
12.01.2017
№217.015.5ff6

Гидроакустический способ измерения глубины погружения неподвижного объекта

Использование: настоящее изобретение относится к области гидролокации и предназначено для использования в станциях освещения ближней обстановки при измерении параметров обнаруженного объекта. Сущность: способ измерения глубины погружения, содержащий излучение двух последовательных во времени...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590932
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.6053

Активный гидролокатор

Использование: изобретение относится к гидроакустической технике, конкретнее к области активной гидролокации, в том числе к активным гидролокаторам, предназначенным для обнаружения объектов, измерения координат и параметров движения обнаруженных объектов и классификации обнаруженных объектов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590226
Дата охранного документа: 10.07.2016
Показаны записи 1-10 из 21.
10.05.2014
№216.012.c0e0

Способ определения скорости звука

Изобретение относится к области гидроакустической метрологии и может быть использовано для построения современных многолучевых эхолотов. Производят ненаправленное излучение зондирующего сигнала в сторону дна, прием отраженного сигнала веером статических характеристик направленности (ХН),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515125
Дата охранного документа: 10.05.2014
27.08.2014
№216.012.ef85

Способ измерения глубины объекта и гидролокатором

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения газовой пелены и определения глубины местоположения начала утечек газа трубопроводов гидроакустическими средствами. Технический результат - обеспечение обнаружения и классификации источника утечки газа подводного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527136
Дата охранного документа: 27.08.2014
20.04.2015
№216.013.4206

Способ совместной оценки дистанции до шумящего в море объекта и его шумности

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для определения параметров объектов, шумящих в море. Исследуют шумовой гидроакустический сигнал морского объекта, сопоставляя его с прогнозным сигналом, динамически сформированным для совокупности предполагаемых шумностей объекта и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548400
Дата охранного документа: 20.04.2015
10.07.2015
№216.013.5c6f

Способ измерения координат дна многолучевым эхолотом

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для использования в многолучевых эхолотах для измерения координат отражающего объекта и определения рельефа дна. Сущность: способ измерения координат дна многолучевого эхолота содержит излучение зондирующего сигнала, прием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555204
Дата охранного документа: 10.07.2015
20.08.2015
№216.013.7300

Способ адаптивной обработки сигнала шумоизлучения

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в процессе проектирования гидроакустической аппаратуры специального назначения. Использование изобретения может повысить эффективность использования гидроакустической аппаратуры. Способ адаптивной обработки сигнала...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561010
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.01.2016
№216.013.a0be

Способ интеграции систем обнаружения шумящих в море объектов

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для интеграции систем получения информации о шумящих в море объектах. Сущность: в каждой системе независимо по своим критериям качества осуществляют частотно-временную обработку сигнала с формированием уникального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572792
Дата охранного документа: 20.01.2016
20.04.2016
№216.015.34d5

Способ измерения скорости звука

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для определения скорости звука по трассе. Способ заключается в следующем. Неподвижный источник излучает через постоянные промежутки времени Т постоянные по длительности зондирующие сигналы. Сигналы распространяются в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581416
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.3616

Способ оценки количества лопастей винта шумящего в море объекта

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для распознавания морских судов по их шумоизлучению. Сущность: исследуют спектр шумового сигнала морского судна. В исследуемом спектре сигнала находят частоту гармоники максимальной амплитуды и предполагают, что это -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581719
Дата охранного документа: 20.04.2016
10.08.2016
№216.015.565a

Способ цветового кодирования информации гидроакустического шумопеленгования

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для определения расстояния до всех объектов, одновременно наблюдаемых в секторном обзоре шумопеленгования, путем анализа цвета их трасс. Производят прием гидроакустического шумового сигнала многоэлементной антенной, формируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593621
Дата охранного документа: 10.08.2016
12.01.2017
№217.015.607f

Устройство получения информации о шумящем в море объекте

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для определения параметров объектов, шумящих в море. Сущность: устройство, содержащее многоэлементную акустическую приемную антенну шумопеленгования, блок формирования веера характеристик направленности в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590933
Дата охранного документа: 10.07.2016

Похожие РИД в системе